Toplinska obrada je popularan način za promjenu mehaničkih svojstava određenih metala. Jedan od najboljih načina da se metal prilagodi zahtjevima datog okruženja ili primjene je mogućnost modifikacije njegove čvrstoće, žilavosti i tvrdoće bez značajne promjene njegovog hemijskog sastava. Metal se može termički obrađivati na različite načine, ali kaljenje je jedna od najčešće korištenih tehnika.
Šta je gašenje?
Gašenje je korak u mnogim procesima termičke obrade koji uključuje zagrijavanje dijela na potrebnu temperaturu i uranjanje u medij za gašenje kako bi se brzo ohladio. Ostali procesi termičke obrade često prate gašenje, kao što je starenje, kaljenje ili žarenje kako bi se postigli željeni rezultati. Brzim hlađenjem metala možete spriječiti ili potaknuti stvaranje različitih mikrostruktura unutar čelika kako biste postigli svojstva koja su vam potrebna za namjeravanu primjenu.
Različite vrste kristalnih mikrostruktura uključuju:
· Austenit: Austenit se formira kada se gvožđe zagreva tokom obrade metala. To je čvrsta, ali oblikovna mikrostruktura koja je odlična za zavarivanje. Austenitni čelik ima različite primjene, ali se često dalje obrađuje za stvaranje martenzitnog čelika.
· Martenzit: Martenzitna transformacija je ono što se dešava kada brzo ohladite zagrejani metal. Iako je martenzitni čelik tvrd, on je i vrlo krt. Obrada metala nakon gašenja pomaže u vraćanju neke duktilnosti i ublažavanju unutrašnjih naprezanja.
· Ferit: Ferit je mekana, termodinamički stabilna mikrostruktura koja se formira prije transformacije u austenit. Uglavnom se javlja u čeliku s niskim udjelom ugljika.
· Cementit: Cementit je termodinamički nestabilna mikrostruktura koja sadrži željezo i ugljik. Njegova kruta mikrostruktura rezultira vrlo tvrdim ali krhkim metalom.
· Perlit: Sporo hlađenje rezultira perlitnom mikrostrukturom, koja se sastoji od naizmjeničnih slojeva ferita i cementita. Ova struktura je jaka i lagana sa visokom otpornošću na habanje.
· Bainite: Bainit je tvrda, lomljiva mikrostruktura koja se formira kada se čelična komponenta hladi brže od brzine hlađenja perlita, ali sporije od martenzita.
Vrsta medija za gašenje
Proces gašenja se može izvesti korištenjem niza medija za gašenje. Svaki medij ima svoje posebne kvalitete gašenja. Brzina gašenja, ekološki problemi gašenja, zamjena medija za gašenje i cijena medija za gašenje su faktori koje treba uzeti u obzir prilikom određivanja vrste upotrebe medija. Evo glavnih tipova medija za gašenje:
Zrak
Vazduh je popularan medij za gašenje koji se koristi za hlađenje metala za gašenje. Pristupačnost je jedna od glavnih prednosti vazduha; njegova pristupačnost je rezultat njegovog obilja na zemlji. Zapravo, smatra se da je svaki materijal koji se zagrije, a zatim pusti da se ohladi na sobnu temperaturu jednostavnim ostavljanjem na miru, ugašen na zraku. Vazdušno gašenje se takođe namjernije izvodi kada se komprimuje i prisiljava oko metala koji se kaši. Ovo hladi dio brže od mirnog zraka, iako čak i komprimirani zrak još uvijek može hladiti mnoge metale presporo da bi promijenio mehanička svojstva.
Voda
Voda također može brzo ugasiti zagrijane metale. Čelik se može brzo ohladiti gašenjem u vodi, što je odlično za postizanje najveće moguće tvrdoće u nekim primjenama. Međutim, zbog unutrašnje napetosti, njegova brzina hlađenja također može uzrokovati izobličenja i pucanje. Shodno tome, potrebne su dodatne metalurške procedure za kompletiranje komponente.
Voda se, kao i mnogi gasovi, lako dobija i nema uticaja na životnu sredinu, što je čini održivim medijumom za gašenje. Parni džepovi mogu ometati proces gašenja vodom; ako se to dogodi, kovač mora da zavrti komponentu u medijumu kako bi sprečio stvaranje vlažnih vazdušnih džepova i unošenje zagađivača.
Ulje
Ulje može ugasiti zagrijane metale mnogo brže nego komprimirani zrak. Element koji je zagrijan ubacuje se u rezervoar napunjen uljem da se ugasi. Dio se također može isprati uljem. Budući da različite vrste ulja imaju različite brzine hlađenja i tačke paljenja, često se koriste u različitim aplikacijama.
Salamuri
Slana voda ili slana voda je odličan medij za gašenje za brzo hlađenje. Hladi se brže od vazduha, vode i ulja. To je zato što, kada mješavina soli i vode dođe u dodir sa vrućim metalom, sprječava stvaranje zračnih kuglica. Kao rezultat toga, tekućina će pokriti veći dio površine metala nego mjehurići zraka.
Ugasi otvrdnjavajući čelik
Čelik zaslužuje posebnu pažnju kada se govori o procesu gašenja jer su njegova mehanička svojstva vrlo osjetljiva na kaljenje. Kroz proces kaljenja poznat kao kaljenje kaljenja, čelik se podiže na temperaturu iznad temperature rekristalizacije i brzo se hladi kroz proces kaljenja. Brzo kaljenje mijenja kristalnu strukturu čelika u poređenju sa sporim hlađenjem. Ovisno o sadržaju ugljika i legirajućim elementima čelika, može ostati sa tvrđom, krhijom mikrostrukturom, kao što je martenzit ili bainit, kada se podvrgne procesu kaljenja. Ove mikrostrukture rezultiraju povećanom čvrstoćom i tvrdoćom čelika. Međutim, oni ostavljaju čelik osjetljivim na pucanje i sa velikim smanjenjem duktilnosti. Iz tog razloga, neki čelici se žare ili normaliziraju nakon procesa kaljenja.
